泥水平衡盾构施工

泥水平衡盾构施工第1页/共44页主要内容一、泥水盾构二、盾构施工三、现场巡视四、问题探讨第2页/共44页一盾构第3页/共44页1、盾构起源1818年，法国工程师麦克•布鲁诺尔（M.I.Brunel）从蛀虫钻孔得到启示，最早提出盾构掘进隧道的设想。第4页/共44页优点：在松软含水地层、地面构筑物不允许拆迁，施工条件困难地段，采用盾构法施工隧道能显示其优越性：机械化程度高、振动小、噪声低、施工速度快、安全可靠，对沿线居民、地下和地面构筑物及建筑物影响小等。缺点：（1）盾构机初期投入费用高，设备摊销费用大，对投标企业资金实力要求高；（2）盾构机定购、制造及运输周期较长，同时盾构法施工与车站接口协调较多，对工程筹划要求较高。2、盾构法第5页/共44页3、泥水平衡盾构（1）工作原理在盾构开挖仓内注入压力泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，在开挖面形成泥膜，产生泥水平衡，使开挖面土体稳定。盾构推进时刀盘切削土体表面的泥膜，与泥水混合搅拌后形成高密度泥浆，经泥浆泵送至地面，泥浆在地面经过分离，再次进入盾构的密封舱，不断地循环排渣。泥膜形成：当泥水压力大于地下水压力时，泥水渗入土壤，在土壤间隙形成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并集聚于开挖面，泥膜就此形成。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强。当泥膜抵抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果。第6页/共44页（2）结构功能结构划分：刀盘、盾体、人舱、渣土破碎系统、泥水循环系统、管片安装机、管片小车、后配套拖车等。功能划分：盾构掘进机、掘进管理、泥水处理、泥水输送和同步注浆等5大系统组成。第7页/共44页第8页/共44页第9页/共44页二盾构施工第10页/共44页1、端头加固常见的土体加固技术主要有高压旋喷法、深层搅拌桩、SMW工法、冻结法等。深层搅拌桩：利用深层搅拌机械，用水泥作为固化剂与地基土进行原位的强制粉碎拌合，待固化后形成不同形状的桩、墙体或块体等。第11页/共44页SMW工法：通过深层搅拌机器搅拌，让水泥类悬浊液在原地层中与土体反复均匀混合，并根据一定的间隔插入H型钢或钢板桩等作为加强基材，待水泥固结后，形成的复合的连续挡土墙。冷冻法：将不稳定的含水地层采用冻结的方法，使之形成冻土层，提高其强度和自立性，同时形成完整的防水屏蔽。第12页/共44页（1）工艺原理利用工程钻机钻孔到设计深度，将一定压力的水泥浆液和空气，通过其端部侧面的特殊喷嘴同时喷射，并强制与喷射出来的浆液混合，胶结硬化。喷射同时，旋转并以一定速度提升注浆管，能在土体中形成明显的拌和加固体。高压旋喷法第13页/共44页（2）工艺流程第14页/共44页内容编号检查项目标准检查方法备注1加固土体强度≥1MPa在每条隧道开挖线外侧施工2个钻孔取芯检查。（钻孔深度至开挖线底部）取岩土芯进行抗压强度试验2加固体渗透性≤1立方/d不得漏泥砂在洞门范围上下左右及中心各施工钻孔1个，检查其渗水量。钻孔要打穿地下连续墙3加固体匀质性加固体均匀利用钻孔取芯进行检查现场判定（3）地层加固效果检查第15页/共44页①水文地质开挖面位于粉质粘土加砂、粉细砂，地下水丰富、水位高且具有承压特征。②端头加固及降水盾构始发端头采用高压旋喷桩加固，始发前降水至开挖面以下1m。（4）王宗区间第16页/共44页端头平面加固区域12.2m（横向）×12m（纵向），立面加固深度12.2m，加固区为隧道轮廓上下左右各3m，前方12m，三重管旋喷桩采用Φ800@500mm。第17页/共44页3、盾构机安装与调试（1）盾构始发基座基座结构：基座由两根工字钢通过钢板焊接在一起，组成箱式结构钢梁。在钢梁上设置钢轨作为盾构导向轨道。基座就位后通过横向和斜向进行加固，两边使用横梁与始发洞口的预埋件进行焊接加固。第18页/共44页（2）盾构机组装与调试第19页/共44页第20页/共44页盾构机空载调试主要调试内容：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统以及各种仪表的校正。电气部分运行调试：检查送电→检查电机→分系统参数设置与试运行→整机试运行→整机再次调试。液压部分运行调试：推进系统→管片安装机→管片吊机和拖拉小车→泥浆系统→注浆系统。第21页/共44页（3）反力架及支撑系统安装反力架采用组合钢结构件，盾构始发时反力支撑约需提供2000吨的反力。第22页/共44页4、洞门密封、洞门破除（1）洞门密封洞门密封装置由一道橡胶密封与两道钢丝刷组成第23页/共44页（1）洞门破除洞门结构形式：地下连续墙施工洞口封门、钻孔灌注桩施工洞口封门、SMW工法施工洞口封门、特殊封门第24页/共44页人工凿除，凿除工作分两步：第一步：以手持风镐方式从上至下分层凿除洞门范围内的围护结构外部混凝土和钢筋，保留最内层钢筋，对端头土体进行保护；第二步：盾构准备推进，割除围护结构内层钢筋，刀盘抵拢掌子面。第25页/共44页5、负环安装第一环负环管片拼装前，在盾尾管片拼装区170度范围内均匀安设6根长2m、厚80mm的定位垫块（盾尾内侧与管片外弧面的间隙为85mm），在盾构内拼装好整环后利用盾构推进千斤顶将管片缓慢推出，当管片推出1700mm后开始拼装第二环管片（切不可将第一环管片全部推出垫块范围再拼装第二环，避免管片下沉）。负环管片按照错缝的方式进行拼装。第26页/共44页第27页/共44页5、盾构掘进（1）掘进参数掘进参数设定值备注泥水仓中心压力1.2～1.5bar考虑地层土体侧压系数0.4，系数取1.1～1.3。进浆比重1.10始发端处于粉质粘土和粉细砂层进浆粘度19始发端处于粘性土层掘进速度0～2cm/min最快掘进速度为6cm；避免泥饼产生进排泥浆流量差与掘进速度相匹配避免大的超挖埋深、姿态、本环掘进量、同步注浆量、推力、扭矩第28页/共44页第29页/共44页材料：铸铁管片、钢管片、预制钢筋混凝土管片管片厚度一般为隧道外径的0.5~0.6倍，采用300mm或350mm，管片的宽度800～1500mm。环类型：标准环＋左、右楔型环环分块：标准块+邻接块+封顶块，6块拼装工艺：错缝拼装，先环后纵，先下后上，封顶成环（2）管片拼装第30页/共44页第31页/共44页第32页/共44页（3）同步注浆及二次注浆同步注浆：在盾构掘进过程中，向脱出盾尾的管片背后同步注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙，采用盾尾内置的注浆管进行同步注浆。二次注浆：一般在管片与围岩间的空隙充填密实性差或管片衬砌出现渗漏的情况下，通过管片注浆孔向管片背后二次注浆。第33页/共44页第34页/共44页6、盾构接收（1）端头加固及降水（3）洞门密封、洞门破除（4）盾构机拆除（2）盾构接收架安装第35页/共44页7、盾构空推（1）导台施作（2）盾构空推（3）管片背衬回填第36页/共44页第37页/共44页（3）管片背衬回填喷射米石回填:利用混凝土喷射机向盾壳外喷射米石（5～10mm连续级配的花岗岩米石），在管片脱离盾尾时对管片进行支撑，防止管片下沉产生错台，并增加盾构向前推进的摩擦力。同步注浆补充注浆：采用二次注浆、地面钻孔注浆，填充管片背后尤其是顶部的空洞。第38页/共44页第39页/共44页三现场巡视第40页/共44页